基于TDLAS技术的气体检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于气体检测领域，特别涉及一种基于TDLAS技术的气体检测装置，包括检测光发生部、光学检测部和数据采集及分析部，光学检测部包括气体容腔和设于气体容腔外的光路调整单元。本实用新型专利技术独立布置的光路调整单元清洁维护与调节操作便捷，将光路调整单元布置在气体容腔外，还能避免待测气体污染或腐蚀光学镜片，从而保障光信号采集的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于TDLAS技术的气体检测装置
本技术属于气体检测领域，特别涉及一种基于TDLAS技术的气体检测装置。
技术介绍
气体浓度检测广泛应用于存在易燃、易爆、毒性、污染气体的生产环节中。由于基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)对特定频率吸收的待测气体有较高的选择性和灵敏度，已经被广泛应用于各类工业环境检测现场。但随着科学技术、生产工艺的不断发展，以及环保安全要求的提高，市面上现有的检测装置已经不能满足其检测灵敏度、检测精度、检测下限的需求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种检测结果准确性高的基于TDLAS技术的气体检测装置。为实现以上目的，本技术采用的技术方案为：一种基于TDLAS技术的气体检测装置，包括检测光发生部、光学检测部和数据采集及分析部，光学检测部包括气体容腔和设于气体容腔外的光路调整单元。与现有技术相比，本技术存在以下技术效果：独立布置的光路调整单元清洁维护与调节操作便捷，将光路调整单元布置在气体容腔外，还能避免待测气体污染或腐蚀光学镜片，从而保障光信号采集的准确性。附图说明下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本技术的示意图；图2是光学检测部的示意图；图3、4是反射镜的剖视图；图5是反射镜的正视图。图中：10.检测光发生部，11.直接数字式频率合成器，12.激光器，20.光学检测部，21.气体容腔，22.光路调整单元，221.导轨，222.反射镜组，222a.反射镜一，222b.反射镜二，2221.反光层，2222.入射光口，2223.出射光口，2224.入射光孔，2225.出射光孔，30.数据采集分析部，31.探测器，32.锁相放大单元，321.前置放大器，322.数字锁相放大器，33.分析单元，40.FPGA芯片。具体实施方式下面结合附图，通过对实施例的描述，对本技术的具体实施方式作进一步详细说明。一种基于TDLAS技术的气体检测装置，包括检测光发生部10、光学检测部20和数据采集及分析部30，光学检测部20包括气体容腔21和设于气体容腔21外的光路调整单元22。将光路调整单元22独立设置在气体容腔21外，能保护高精度光学镜片免受待测气体内含有的固体颗粒污染，保证光信号强度，还能保护高精度光学镜片免受腐蚀性成分腐蚀，保护光路。当待测气体的温度高于高精度光学镜片的最高耐受温度时，光路调整单元22与气体容腔21分离布置能有效保护镜片，避免镜片受热变形改变检测光路，从而可靠保障检测结果的准确性。具体的，光路调整单元22包括导轨221，气体容腔21固定连接在导轨221的中部，反射镜组222通过调节座223安装在导轨221的两端，位于入射端的反射镜一222a上游设有准直单元23，位于探测端的反射镜二222b的下游设有探测器31；准直单元23与激光器12光纤连接，激光器12将调制信号a转化为光信号k输送至准直单元23，光信号k经准直单元23准直后在反射镜组222之间多次反射，探测器31接收从反射镜组222射出的光信号k并将采集得到的光信号k转换为电信号送入锁相放大单元32。在具体实施时，激光器12的出射光束经准直单元23准直后，在反射镜一222a和反射镜二222b之间来回往返，多次穿过气体容腔21内的待测气体，吸收光程大大增加，从而大幅提升了吸收光谱强度，进而提升检测的灵敏度。如图3、4、5所示，反射镜一222a和反射镜二222b为凹面透镜，其凹面镀有反光层2221，反射镜一222a的反光层2221避让其入射光口2222，反射镜二222b的反光层2221避让其出射光口2223；另一实施例中，反射镜一222a的镜体上开设有入射光孔2224，反射镜二222b的镜体上开设有出射光孔2225。优选的，如图1所示，检测光发生部10包括直接数字式频率合成器11与激光器12，直接数字式频率合成器11输出锯齿波与正弦波直接数字式合成的电流信号接入激光器12作为调制信号a；直接数字式频率合成器11输出与调制信号a的正玄波时序同步且同频的电信号接入信号采集及分析部30的锁相放大单元32作为参考信号b；直接数字式频率合成器11输出与调制信号a的锯齿波时序同步的脉冲信号送入数据采集及分析部30的分析单元33作为采样触发信号c。直接数字式频率合成器(DirectDigitalSynthesizer)具有频率精度高、转换时间快、信号时序同步、稳定度高、受硬件信号叠加噪声小等优点，输出的调制、解调相位精度高，信号更加稳定。优选的，锁相放大单元32包括前置放大器321和数字锁相放大器322，前置放大器321将接收到的电流信号d转化为放大的电压信号e，该电压信号e与参考信号b同步送入数字锁相放大器322，数字锁相放大器322基于电压信号e与参考信号b提取二次谐波信号f并将其送入分析单元33，分析单元33基于二次谐波信号f与触发信号c进行计算，反演吸收光谱浓度，获得检测气体浓度数据。数字锁相放大器322的实时性强、精度高、体积小、适应性强，稳定性好，不易受环境干扰。直接数字式频率合成器11与锁相放大单元32集成在同一FPGA(FieldProgrammableGataArray)芯片(40)上，提升检测精度和稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TDLAS技术的气体检测装置，其特征在于：包括检测光发生部(10)、光学检测部(20)和数据采集及分析部(30)，光学检测部(20)包括气体容腔(21)和设于气体容腔(21)外的光路调整单元(22)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于TDLAS技术的气体检测装置，其特征在于：包括检测光发生部(10)、光学检测部(20)和数据采集及分析部(30)，光学检测部(20)包括气体容腔(21)和设于气体容腔(21)外的光路调整单元(22)。


2.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的气体检测装置，其特征在于：检测光发生部(10)包括直接数字式频率合成器(11)与激光器(12)，
直接数字式频率合成器(11)输出锯齿波与正弦波直接数字式合成的电流信号接入激光器(12)作为调制信号(a)；
直接数字式频率合成器(11)输出与调制信号(a)的正弦波时序同步且同频的电信号接入信号采集及分析部(30)的锁相放大单元(32)作为参考信号(b)；
直接数字式频率合成器(11)输出与调制信号(a)的锯齿波时序同步的脉冲信号送入数据采集及分析部(30)的分析单元(33)作为采样触发信号(c)。


3.根据权利要求2所述的基于TDLAS技术的气体检测装置，其特征在于：光路调整单元(22)包括导轨(221)，气体容腔(21)固定连接在导轨(221)的中部，反射镜组(222)通过调节座(223)安装在导轨(221)的两端，位于入射端的反射镜一(222a)上游设有准直单元(23)，位于探测端的反射镜二(222b)下游设有探测器(31)；
准直单元(23)与激光器(12)光纤连接，激光器(12)将调制信号(a)转化为光信号(k)输送至准直单元(23)，光信号(k)经准直单元(23)准直后在反射镜组(222)之间多次反射，探测器(31)接收从反射镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文彬，王艳，郭杰，王瑞，刘世胜，
申请(专利权)人：合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34